4.4 Способи підвищення жорсткості конструкції

На жорсткість конструкції впливають різноманітні фактори: лінійні розміри конструкції, форма і розміри поперечного перерізу окремих деталей конструкції, умови навантаження, конструктивна досконалість та ін. Підвищення жорсткості конструкції – важлива інженерна задача, яку необхідно розв’язувати конструктору в процесі проектування виробу. Далі описані основні способи підвищення жорсткості конструкції і окремих деталей зокрема.

Вибір раціональної форми перерізу. Для підвищення жорсткості деталей без збільшення їх маси доцільно всебічно розвивати зовнішні розміри поперечного перерізу, зосереджувати матеріал на периферії, вилучаючи його з центру перерізу. Так, при поперечному згині необхідно використовувати профілі, в яких матеріал максимально віддалений від центральної осі. В таблиці 4.4 показані порівняльні значення жорсткості різних профілів при рівності їх площ і одинакових умовах згинаючого навантаження.

Таблиця 4.4 – Порівняльні значення жорсткості профілів

№ з/п	Профіль	Відносна площа перерізу F	Відносний момент інерції І
1		1	1
2		1	5
3		1	25
4		1	40-70

Як видно з таблиці жорсткість двотаврового профілю в 40–70 разів (в залежності від типу двотавра) вища в порівнянні з профілем 1.

Використання раціональних схем навантаження конструкцій. Не менш суттєво впливає на жорсткість конструкції схема її навантаження: умови прикладання навантаження, тип опор навантажених деталей та ін. На рис.о4.10 приведені чотири схеми навантаження конструкції, яка працює на згин. При рівності площ поперечного перерізу, конструкції несучої деталі, прикладеного навантаження і довжин між опорами схеми відрізняються умовою прикладання навантаження (в одних випадках зосереджене навантаження в інших рівномірно розподілено по довжині конструкції) і типом опор. З рисунка 4.10 видно, що маніпулюючи представленими схемами навантаження можна збільшити жорсткість конструкції до 8 раз.

Рисунок 4.10 – Порівняльні значення жорсткості конструкції при згині в залежності від схеми навантаження і типу опор

Суттєвого підвищення жорсткості наведених вище конструкцій можна досягти також шляхом зменшення віддалі між опорами та збільшення кількості опор.

З аміна деформацій згину деформаціями розтягу-стиску. Цей спосіб надзвичайно ефективний з точки зору підвищення жорсткості конструк-ції. На рис. 4.11 показані дві конструктивні схеми, які знахо-дяться під навантаженням одина-кових за величиною і напрямком сил Р. Площі поперечного перерізу несучих елементів в обох схемах одинакові.

У першій схемі стержень пра-цює виключно на згин і жорсткість конструкції невисока. Конструк-тивна схема 2 виконана таким чином, що в несучих елементах конструкції деформації згину від-сутні: верхній стержень розтя-гується, а нижній – стискається. Розрахунки показують, що жорст-кість конструкції, виконаної за схемою 2, в напрямку дії наван-таження при певних умовах може бути в 9000 разів вища ніж жорсткість конструкції, виконаної за схемою 1.

Рисунок 4.11 – Порівняльні

значення жорсткості

стержневих конструкцій

Метод блокування деформацій. Даний метод викорис-товується широко в машинобудуванні, а особливо для підвищення жорсткості стержневих конструкцій. Його суть полягає в тому, що до складу конструкції включають деталь, яка блокує деформації в напрямку дії навантаження (рис.о4.12). При проектуванні стержневих конструкцій для

реалізації даного методу просторове розміщення блокуючої деталі повинно бути таким, щоб вона працювала на розтяг.

Рисунок 4.12 – Приклад використання методу блокування деформацій для підвищення жорсткості конструкції:

а – нежорстка конструкція; б – жорстка конструкція

Використання ребристих конструкцій. Жорсткість конструкції може бути суттєво підвищена, якщо її виконати ребристою. Особливо це стосується таких конструкцій, як: корпуси, кришки, оболонкові конструкції та інші. Вибір конкретної форми ребер, їх висоти, кількості представляє собою складну інженерно-практичну задачу, яка не піддається теоретичним розрахункам, а вимагає від конструктора практичного досвіду та інтуіції.

Незважаючи на вказані вище труднощі, практикою накопичений великий досвід проектування ребристих конструкцій. В залежності від функціонального призначення, способу виготовлення, умов і режиму роботи ребристих конструкцій розроблені рекомендації [9], направлені на підвищення їх жорсткості без суттєвого збільшення матеріаломісткості.

Розділ 5

Технологічність конструкції

1. Загальні поняття технологічності

конструкції

Технологічність конструкції виробу – це сукупність властивостей конструкції виробу, які проявляються в можливості оптимізувати витрати в процесі проектування, виготовлення, експлуатації ремонту виробу при заданих рівнях якості, обсязі випуску та умовах виконання робіт. Технологічність конструкції є одним з основних показників якості виробу.

В залежності від стадії життєвого циклу технологічність конструкції виробу класифікується на виробничу, експлу-атаційну та ремонтну.

Виробнича технологічність конструкції виробу прояв-ляється в зменшенні витрат, засобів і часу на конструкторську та технологічну підготовку виробництва, на виготовлення, контроль та випробування виробу. Експлуатаційна техноло-гічність конструкції виробу проявляється в зменшенні витрат, часу та технічних засобів на технічне обслуговування і поточний ремонт виробу; ремонтна технологічність конст-рукції виробу – в зменшенні витрат при всіх видах ремонту, крім поточного.

Вимоги до технологічності конструкції виробу залежать, в основному, від виду виробу, обсягу випуску і типу вироб-ництва. Головним чинником, який формує вимоги до техно-логічності конструкції виробу є вид виробу. Обсяг випуску і тип виробництва визначають ступінь технологічного осна-щення, механізації та автоматизації технологічних процесів і спеціалізації всього виробництва.

Технологічність конструкції виробу – поняття відносне. Для одного і того ж виробу технологічність конструкції може бути різною в залежності від типу виробництва (одиничне, дрібносерійне, серійне, масове, автоматизоване).

Існуюча практика проектування продукції машино-будування передбачає обов’язкове відпрацювання конструкції на технологічність. Ця робота проводиться з метою “призем-лення” конструкції виробу, підвищення його якості з міні-мальними витратами часу і засобів. Суть задачі відпра-цювання конструкції виробу на технологічність – надати виробу таких властивостей, які забезпечують необхідну його якість при оптимальних витратах праці, ресурсів, матеріалів і часу на технологічну підготовку виробництва, виготовлення, технічне обслуговування і ремонт в конкретних умовах виробництва та експлуатації.

Таким чином, технологічність конструкції є основою використання конструкторсько-технологічних резервів для найбільш повного вирішення задач підвищення техніко-економічних показників якості виробу і його виготовлення. Відповідальною особою за забезпечення технологічності ви-робу є розробник продукції.